(57)【要約】【課題】  高精度に回転体の回転角度を検出することのできる回転角センサを提供する。【解決手段】  中継電極基板３は、円周方向を所定の広範囲角度で等分割し、分割された各領域のうちのいくつかの領域に電極を形成することにより、全体で所望の電極パターンを形成する広範囲中継電極１１と、円周方向に沿って所定の間隔で形成された狭範囲中継電極１２とを備える。また、送受信電極基板４は、広範囲角度検出用の検出用信号を送信すると共に、広範囲中継電極１１にて中継された検出用信号を受信する広範囲検出用送信電極１３、受信電極１４と、円周方向に沿って配置され、径方向に対向する２つの電極を有し、且つ前記２つの電極は、径方向の幅が円周方向に移動するにつれて徐々に変化する形状を有し、狭範囲角度検出用の検出信号を送信すると共に、前記狭範囲中継電極にて中継された検出信号を受信する狭範囲検出用送信電極１５、受信電極１６を備える。【選択図】      図２
2005061964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転角度を検出する回転角センサにおいて、
前記回転体の回転軸に取り付けられた第１の円盤と、固定側に取り付けられ、前記第１の円盤と近接して対向配置される第２の円盤とを有し、
前記第１の円盤は、円周方向を所定の広範囲角度で等分割し、分割された各領域のうちのいくつかの領域に電極を形成することにより、全体で所望の電極パターンを形成する広範囲中継電極と、円周方向に沿って所定の間隔で形成された狭範囲中継電極と、を備え、
前記第２の円盤は、前記広範囲中継電極と対向する位置に等角度間隔で複数個配置され、広範囲角度検出用の検出用信号を送信すると共に、前記広範囲中継電極にて中継された検出用信号を受信する広範囲検出用送受信手段と、
円周方向に沿って配置され、径方向に対向する２つの電極を有し、且つ前記２つの電極は、径方向の幅が円周方向に移動するにつれて徐々に変化する形状を有し、狭範囲角度検出用の検出信号を送信すると共に、前記狭範囲中継電極にて中継された検出信号を受信する狭範囲検出用送受信手段と、を備え、
更に、前記広範囲検出用送受信手段、及び前記狭範囲検出用送受信手段に送信信号を出力し、且つ、受信された受信信号を処理して、前記回転体の回転角度を求める制御手段を備えたことを特徴とする回転角センサ。
【請求項２】
前記広範囲中継電極は、前記広範囲角度毎に、電極の有無を設定することにより、前記広範囲検出用送受信手段との対向関係が、前記広範囲角度移動する毎に全て相違するように設定することを特徴とする請求項１に記載の回転角センサ。
【請求項３】
前記狭範囲検出用送受信手段が有する２つの電極は、それぞれ直角三角形状に構成され、各直角三角形の斜辺どうしが向き合って配置されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の回転角センサ。
【請求項４】
前記狭範囲中継電極は、狭幅の棒状に形成され、前記制御手段は、前記狭範囲中継電極と、前記狭範囲検出用送受信手段が有する２つの電極との間の静電容量に基づいて、前記広範囲角度よりも小さい角度を検出することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の回転角センサ。
【請求項５】
前記狭幅検出用送受信手段が有する２つの電極の、円周方向に沿った円弧に対する中心角は、前記広範囲角度よりも大きいことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の回転角センサ。
【請求項６】
前記狭幅検出用送受信手段は、前記円弧に対する中心角とは異なる角度を隔てて２つ配置されたことを特徴とする請求項５に記載の回転角センサ。
【請求項７】
前記回転軸と同軸的に配置され、且つ該回転軸に対して回転可能な第３の円盤を更に備え、
前記第２の円盤は、周回数検出用の信号を送受信する周回数検出用送受信手段を備え、
前記第３の円盤は、前記第１の円盤に対して所定の減速比で回転し、前記周回数検出用送受信手段より出力される検出用信号を中継する周回数中継電極を備え、
前記周回数検出用送受信手段より、周回数検出用の検出信号を送信すると共に、前記周回数中継電極にて中継された検出信号を受信し、前記制御手段は、受信された検出信号に基づいて、前記回転軸の周回数を求めることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の回転角センサ。
【請求項８】
前記第３の円盤は、前記第２の円盤の前記第１の円盤と対向する面とは反対側の面に、所定距離を隔てて対向配置されることを特徴とする請求項７に記載の回転角センサ。
【請求項９】
前記周回数中継電極は、円周方向に沿って、前記第１の円盤１回転分に相当する角度毎に区分され、前記区分された領域に形成される中継電極は、前記周回数検出用送受信手段と対向する面積がそれぞれ相違することを特徴とする請求項７または請求項８のいずれかに記載の回転角センサ。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記周回数検出用送受信手段と前記周回数中継電極との間の静電容量を検出し、この静電容量に基づいて、前記第１の円盤の周回数を求めることを特徴とする請求項９に記載の回転角センサ。
【請求項１１】
前記回転体は、車両に搭載されるステアリングシャフトであることを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の回転角センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転角度を検出する回転角センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転体の回転角度を検出するための回転角センサとして、従来より例えば特開平１０−２１３４１１号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。図１１は、特許文献１に記載された回転角度検出装置の構成を示す説明図であり図示のように、回転軸１０１の周囲には、周方向に沿って幅が変化する回転電極１０２が設けられ、且つこの回転電極１０２の外周部となる固定側には、幅狭の固定電極１０３が設けられる。そして、回転軸１０１の回転角度に応じて、回転電極１０２と固定電極１０３との間の静電容量が変化するので、２つの電極間の静電容量を測定することにより、回転軸１０１の回転角度を求めることができる。
【特許文献１】特開平１０−２１３４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来例では、回転軸１０１と固定電極１０３との間に軸ずれが生じると、回転角度の検出精度が悪くなるという問題がある。また、１パターンの回転電極１０２のみで回転軸１０１の回転角度を求める方式であるので、信頼性に欠けるという問題がある。
【０００４】
この発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、回転体の回転角度を高精度の検出することのできる回転角センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、回転体の回転角度を検出する回転角センサにおいて、前記回転体の回転軸に取り付けられた第１の円盤と、固定側に取り付けられ、前記第１の円盤と近接して対向配置される第２の円盤とを有し、前記第１の円盤は、円周方向を所定の広範囲角度で等分割し、分割された各領域のうちのいくつかの領域に電極を形成することにより、全体で所望の電極パターンを形成する広範囲中継電極と、円周方向に沿って所定の間隔で形成された狭範囲中継電極と、を備え、前記第２の円盤は、前記広範囲中継電極と対向する位置に等角度間隔で複数個配置され、広範囲角度検出用の検出用信号を送信すると共に、前記広範囲中継電極にて中継された検出用信号を受信する広範囲検出用送受信手段と、円周方向に沿って配置され、径方向に対向する２つの電極を有し、且つ前記２つの電極は、径方向の幅が円周方向に移動するにつれて徐々に変化する形状を有し、狭範囲角度検出用の検出信号を送信すると共に、前記狭範囲中継電極にて中継された検出信号を受信する狭範囲検出用送受信手段と、を備え、更に、前記広範囲検出用送受信手段、及び前記狭範囲検出用送受信手段に送信信号を出力し、且つ、受信された受信信号を処理して、前記回転体の回転角度を求める制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、前記広範囲中継電極は、前記広範囲角度毎に、電極の有無を設定することにより、前記広範囲検出用送受信手段との対向関係が、前記広範囲角度移動する毎に全て相違するように設定することを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、前記狭範囲検出用送受信手段が有する２つの電極は、それぞれ直角三角形状に構成され、各直角三角形の斜辺どうしが向き合って配置されることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、前記狭範囲中継電極は、狭幅の棒状に形成され、前記制御手段は、前記狭範囲中継電極と、前記狭範囲検出用送受信手段が有する２つの電極との間の静電容量に基づいて、前記広範囲角度よりも小さい角度を検出することを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、前記狭幅検出用送受信手段が有する２つの電極の、円周方向に沿った円弧に対する中心角は、前記広範囲角度よりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、前記狭幅検出用送受信手段は、前記円弧に対する中心角とは異なる角度を隔てて２つ配置されたことを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、前記回転軸と同軸的に配置され、且つ該回転軸に対して回転可能な第３の円盤を更に備え、前記第２の円盤は、周回数検出用の信号を送受信する周回数検出用送受信手段を備え、前記第３の円盤は、前記第１の円盤に対して所定の減速比で回転し、前記周回数検出用送受信手段より出力される検出用信号を中継する周回数中継電極を備え、前記周回数検出用送受信手段より、周回数検出用の検出信号を送信すると共に、前記周回数中継電極にて中継された検出信号を受信し、前記制御手段は、受信された検出信号に基づいて、前記回転軸の周回数を求めることを特徴とする。
【００１２】
請求項８に記載の発明は、前記第３の円盤は、前記第２の円盤の前記第１の円盤と対向する面とは反対側の面に、所定距離を隔てて対向配置されることを特徴とする。
【００１３】
請求項９に記載の発明は、前記周回数中継電極は、円周方向に沿って、前記第１の円盤１回転分に相当する角度毎に区分され、前記区分された領域に形成される中継電極は、前記周回数検出用送受信手段と対向する面積がそれぞれ相違することを特徴とする。
【００１４】
請求項１０に記載の発明は、前記制御手段は、前記周回数検出用送受信手段と前記周回数中継電極との間の静電容量を検出し、この静電容量に基づいて、前記第１の円盤の周回数を求めることを特徴とする。
【００１５】
請求項１１に記載の発明は、前記回転体は、車両に搭載されるステアリングシャフトであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る回転角センサでは、広範囲検出用送受信手段より送信した検出用信号が広範囲中継電極にて中継された信号を受信するので、広範囲として設定した角度（例えば、１５度）毎の、回転体の回転角度を求めることができる。更に、狭範囲検出用送受信手段より送信した検出用信号が狭範囲中継電極にて中継された信号を受信するので、広範囲よりも小さい角度を検出することができ、回転体の回転角度を高精度に求めることができる。
【００１７】
また、広範囲として設定した角度毎に、広範囲検出用送受信手段にて受信される信号が異なるように設定することにより、広範囲角度を一意的に特定することができ、より一層検出精度を向上させることができる。
【００１８】
更に、狭範囲中継電極を２つの直角三角形状とし、これらの斜辺を向き合わせた形状とすることにより、狭幅の棒状に形成された狭範囲中継電極との間の静電容量が、回転体の微小な角度変化に伴って変化するので、狭範囲での角度検出精度を向上させることができる。
【００１９】
また、狭幅検出用送受信手段が有する２つの電極の円周方向に沿った円弧に対する中心角が、広範囲として設定した角度（例えば、１５度）よりも大きい角度（例えば、４５度）として設定することにより、広範囲検出用送受信手段にて検出された広範囲毎の角度の前後に余裕分を見て狭範囲での角度検出が行われるので、たとえ広範囲検出用送受信手段にて検出誤差が発生した場合でも、これを補った角度検出が可能となる。
【００２０】
更に、狭範囲検出用送受信手段を２つ配置し、両者の間隔部分の中心角をこの狭範囲検出用送受信手段の中心角（例えば、４５度）とは異なる角度（例えば、３０度）として設定することにより、２つの狭範囲検出用送受信手段では、位相差の存在する信号を受信することができる。そして、この位相差に基づいて、検出エラーが生じているかどうかを判定することができるので、検出精度をより一層向上させることができる。
【００２１】
また、第１の円盤に対して減速して回転する第３の円盤を配置し、周回数検出用送受信手段より出力される検出用信号が周回数中継電極を中継した信号を受信することにより、回転体の周回数を検出することができるので、複数回転する回転体の複数回転に亘る絶対的な回転角を求めることができる。
【００２２】
更に、周回数中継電極を、第１の回転円盤の１回転分に相当する角度毎に分割し、この角度毎に周回数検出用送受信手段と対向する面積が異なるように設定し、周回数中継電極と周回数検出用送受信手段との間の静電容量に基づいて、回転体の周回数を求めるようにしているので、より高精度な周回数検出が可能となる。
【００２３】
また、回転体として、車両のステアリングシャフトの回転角を求めるようにすれば、全体で４〜５回転するステアリングシャフトの絶対的な回転角度を高精度に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る回転角センサの、構成を示す斜視図である。同図に示すように、該回転角センサ１は、車両のステアリングシャフト等の回転軸（回転体）２の回転角度を検出するものであり、回転軸２と共に回転する中継電極基板（第１の円盤）３と、この中継電極基板３と所定の間隔を持って対向配置され、回転軸２と共に回転しない固定側に設けられた送受信電極基板（第２の円盤）４と、を備えている。更に、送受信電極基板４は、制御回路（制御手段）５に接続されている。
【００２５】
図２（ａ）は、送受信電極基板４の、中継電極基板３と対向する面の構成を示す説明図、同図（ｂ）は、中継電極基板３の、送受信電極基板４と対向する面の構成を示す説明図である。なお、同図（ａ）、（ｂ）は、互いに向き合う面を示している。従って、符号「Ａ」と符号「Ａ′」が向き合い、符号「Ｂ」と符号「Ｂ′」が向き合うことになる。
【００２６】
同図（ｂ）に示すように、中継電極基板３の内周側には、広範囲中継電極１１が形成され、外周側には、狭範囲中継電極１２が形成されている。広範囲中継電極１１は、円周（３６０度）に沿って、１５度単位で形成される所定の電極パターン１１ａ〜１１ｅを備えている。
【００２７】
電極パターン１１ａは、中心角３０度の円弧状に形成され、電極パターン１１ｂは、中心角１５度の円弧状に形成され、電極パターン１１ｃは、中心角３０度の円弧状に形成され、電極パターン１１ｄは、中心角７５度の円弧状に形成され、更に、電極パターン１１ｅは、中心角１５度の円弧状に形成されている。
【００２８】
また、電極パターン１１ａ、１１ｂ間には、中心角３０度分の空間が設けられ、電極パターン１１ｂ、１１ｃ間には、中心角６０度分の空間が設けられ、電極パターン１１ｃ、１１ｄ間には、中心角３０度分の空間が設けられ、電極パターン１１ｄ、１１ｅ間には、中心角６０度分の空間が設けられ、更に、電極パターン１１ｅ、１１ａ間には、中心角１５度分の空間が設けられている。
【００２９】
他方、狭範囲中継電極１２は、狭幅の棒状電極として構成され、円周に沿って４５度間隔で８個形成されている。
【００３０】
また、図２（ａ）に示すように、送受信電極基板４の内周側の、前述した広範囲中継電極１１と対向する位置には、それぞれ３０度ずつ間隔をおいて配置された５個の広範囲検出用送信電極１３-1〜１３-5、及び広範囲検出用受信電極１４-1〜１４-5が形成されている。
【００３１】
更に、送受信電極基板４の外周側の、前述した狭範囲中継電極１２と対向する位置には、２つの狭範囲検出用送信電極１５-1，１５-2、及び狭範囲検出用受信電極１６-1，１６-2が設けられている。各狭範囲検出用送信電極１５-1，１５-2、及び狭範囲検出用受信電極１６-1，１６-2は、それぞれ中心角４５度の円弧状に形成され、２つの狭範囲検出用送信電極１５-1と１５-2との間は、中心角３０度分の空間が設けられている。
【００３２】
また、図３に示すように、狭範囲検出用送信電極１５-1，１５-2は、２つの直角三角形状をなす第１の電極１５ａと第２の電極１５ｂとに分離されており、各電極１５ａ、１５ｂの斜辺どうしが向き合って配置されている。そして、狭範囲中継電極１２との相対的な位置関係に応じて、第１の電極１５ａと狭範囲中継電極１２との間の静電容量Ｃ１、及び第２の電極１５ｂと狭範囲中継電極１２との間の静電容量Ｃ２が変化するようになっている。
【００３３】
図４は、制御回路５の構成を示すブロック図である。同図に示すように、該制御回路５は、制御中枢となるマイコン５ａと、各広範囲検出用送信電極１３-1〜１３-5に検出用のパルス信号を出力すると共に、各広範囲検出用受信電極１４-1〜１４-5で受信された信号を検出する広範囲信号検出回路５ｂと、各狭範囲検出用送信電極１５-1，１５-2に検出用のパルス信号を出力すると共に、各狭範囲検出用受信電極１６-1，１６-2にて受信された信号を検出する狭範囲信号検出回路５ｃと、広範囲信号検出回路５ｂより出力されるデジタル信号を時分割処理するマルチプレクサ５ｄを備えている。
【００３４】
次に、上述のように構成された本実施形態に係る回転角センサ１の作用について説明する。
【００３５】
回転軸２が回転すると、回転軸２と共に回転する中継電極基板３と、固定されている送受信電極基板４との間の相対的な位置関係が変化する。ここで、図２（ａ）、（ｂ）に示した状態で２つの基板３，４が向き合った位置、即ち、符号「Ａ」と「Ａ′」、符号「Ｂ」と「Ｂ′」とが互いに向き合った状態を、回転角度０度とし、同図（ｂ）の矢印「Ｙ１」に示した方向が正方向の回転であるとする。
【００３６】
いま、中継電極基板３の回転角度が０度〜１５度の範囲にあるときには、５個の広範囲検出用受信電極１４-1〜１４-5のうち、電極１４-4が広範囲中継電極１１ａと対向し、その他の電極１４-1〜１４-3，１４-5は、どの広範囲中継電極１１ａ〜１１ｅとも対向しない。従って、広範囲検出用受信電極１４-4でのみ受信信号が検出されることになる。
【００３７】
更に、中継電極基板３の回転角度が１５度〜３０度の範囲にあるときには、５個の広範囲中継電極１４-1〜１４-5のうち、電極１４-4が広範囲中継電極１１ａと対向し、且つ、電極１４-3が広範囲中継電極１１ｅと対向することになる。従って、広範囲検出用受信電極１４-3，１４-4にて受信信号が検出されることになる。
【００３８】
以下同様に、中継電極基板１１が矢印「Ｙ１」の方向に回転すると、図５に示す特性図のように、各広範囲検出用受信電極１４-1〜１４-5より検出信号が出力される。なお、同図に示す波形図で、「Ｈ」レベルが検出時、「Ｌ」レベルが非検出時を示している。
【００３９】
この検出結果を、デジタル信号で示すと、以下の表１に示す如くの、２進５桁の信号が得られることになる。例えば、回転角度が０〜１５度の範囲では、「０００１０」というデジタル信号が得られる。
【表１】
2005061964.tif 000003
そして、上記の表１から理解されるように、２進５桁で示される各デジタル信号は、１５度毎に区切った各区間で、それぞれ異なる値となるように設定されているので、このデジタル信号に基づいて、中継電極基板１１、ひいては回転軸２の、１５度単位での回転角度を求めることができる。
【００４０】
また、狭範囲検出用送信電極１５-1，１５-2は、それぞれ中心角４５度となる角度を有しているので、４５度間隔で設けられた８個の狭範囲中継電極１２のうちのいずれか１つと対向することになる。そして、図３に示したように、狭範囲検出用送信電極１５-1，１５-2は、三角形状に形成された第１の電極１５ａ、及び第２の電極１５ｂに分割されているので、狭範囲中継電極１２は、２つの電極１５ａ、１５ｂを跨ぐように位置するようになり、狭範囲送信電極１５-1，１５-2と、狭範囲中継電極１２との相対的な位置関係に応じて、静電容量Ｃ１、Ｃ２が変化することになる。そして、図４に示したマイコン５ａでは、この静電容量の比率を演算することにより、狭範囲送信電極１５-1，１５-2と、狭範囲中継電極１２との相対的な位置関係、即ち、全体で円弧４５度分を有する狭範囲送信電極１５-1，１５-2の、どの角度位置に狭範囲中継電極１２が存在するかを検出することができる。
【００４１】
次に、マイコン５ａにおける、具体的な回転角度の検出処理について、図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、広範囲信号検出回路５ｂにて検出される信号を読み込む（ステップＳＴ１）。そして、高精度な検出を行うため、この読み込み操作を３回繰り返す（ステップＳＴ２）。
【００４２】
３回の検出で、全て同一の検出信号であった場合には（ステップＳＴ３）、広範囲の角度を判定する（ステップＳＴ４）。即ち、広範囲信号検出回路５ｂにて検出される２進５桁のデジタル信号を、上述した表１に当てはめることにより、中継電極基板１２の回転角度を１５度の範囲で特定する。
【００４３】
次いで、狭範囲検出用送信電極１５-1，１５-2と、狭範囲中継電極１２との位置関係により出力される電圧信号を検出し、これをＡ／Ｄ変換する（ステップＳＴ５）。即ち、図３に示したように、４５度分の角度となる狭範囲検出用送信電極１５-1，１５-2の、２つの電極１５ａ，１５ｂを跨ぐように狭範囲中継電極１２が配置されるので、静電容量Ｃ１，Ｃ２の大きさより変化する受信電圧の比率を測定することにより、４５度の範囲のうちの、どの位置に狭範囲中継電極１２が存在するかを検出することができ、４５度の範囲での細かい角度検出が可能となる。
【００４４】
そして、広範囲信号検出回路５ｂにて検出された信号と、狭範囲信号検出回路５ｃにて検出された信号に基づいて、回転軸２の回転角度を求める（ステップＳＴ６）。その後、このデータを出力する（ステップＳＴ７）。こうして、回転軸２の回転角度を高精度に求めることができるのである。
【００４５】
なお、広範囲検出用送信電極１３-1〜１３-5により、１５度単位での回転角度が特定されるので、狭範囲検出用送信電極１５-1，１５-2は、少なくとも１５度分の中心角を備えれば良いことになるが、本実施形態では、検出精度を向上させるために、広範囲検出用送信電極１３-1〜１３-5で検出される１５度の範囲の前後にそれぞれ余裕分の１５度を設定し、全体で４５度となる範囲で、狭範囲の角度を検出している。
【００４６】
更に、本実施形態では、２つの狭範囲検出用送信電極１５-1，１５-2を設けることにより、より高精度な角度検出を可能としている。即ち、３０度の間隔をあけて配置された２つの狭範囲検出用送信電極１５-1，１５-2を用いることにより、狭範囲検出用受信電極１６-1，１６-2で受信される電圧信号は、位相が１５度（４５−３０＝１５度）ずれるはずである。図４に示したマイコン５ａでは、この位相差を検出し、１５度のずれとならない場合には、検出エラーが発生しているものと判断することができる。
【００４７】
また、このような機能を必要としないのであれば、２つの狭範囲検出用送信電極１５-1，１５-2、及び狭範囲検出用受信電極１６-1，１６-2を備える必要はなく、いずれか一方とすることも可能である。
【００４８】
このようにして、本実施形態に係る回転角センサ１では、広範囲検出用送信電極１３-1〜１３-5より検出用の信号を送信し、広範囲中継電極１１と対向することにより、広範囲検出用受信電極１４-1〜１４-5で受信される信号に基づいて、中継電極基板３の回転角度を１５度の単位で検出することができる。更に、狭範囲検出用送信電極１５-1，１５-2、及び狭範囲検出用受信電極１６-1，１６-2を用いることにより、１５度以下の細かい角度信号を検出することができるので、これらの検出信号に基づき、中継電極基板３、ひいては回転軸３の回転角度を極めて高精度に検出することができる。
【００４９】
また、各狭範囲検出用受信電極１６-1，１６-2では、２つの電極１５ａ、１５ｂと、中継電極１２との間の静電容量の比率により、回転軸２の回転角度を求める方式を採用しているので、中継電極基板３と送受信電極基板４との間隔が変化した場合でも、測定精度が低下することがない。また、中継電極基板３に形成される各種の電極パターンは、径方向に大きくパターン設計しているので、軸ずれが発生した場合でも、その影響は小さく、高精度な検出を維持することができる。
【００５０】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、第２の実施形態に係る回転角センサの構成を示す横断面図である。同図に示すように、この回転角センサ２１は、回転軸２と共に回転する中継電極基板２２と、固定側に取り付けられる送受信電極基板２３と、該送受信電極基板２３の、回転角中継電極基板２２とは反対側に取り付けられ、回転軸２に対して回転が可能な周回数中継電極基板（第３の円盤）２４を備えている。
【００５１】
更に、送受信電極基板２３には、第１のギヤ２５、及び第２のギヤ２６からなる減速機構が設けられている。第１のギヤ２５は、第２のギヤ２６よりも大径とされ（即ち、歯数が多く構成され）、回転角中継電極基板２２の外周部に形成されたギヤ歯と噛合する。他方、第２のギヤ２６は、周回数中継電極基板２４の外周部に形成されたギヤ歯と噛合する。
【００５２】
従って、回転角中継電極基板２２の回転動作は、減速されて周回数中継電極基板２４に伝達されることになり、本実施形態では、一例として減速比を１／５として設定している。即ち、回転角中継電極基板２２が５回転すると、周回数中継電極基板２４が１回転する。
【００５３】
そして、回転角中継電極基板２２の、送受信電極基板２３と対向する面は、前述した第１の実施形態で示した図２（ｂ）に示した構成と同一であり、また、送受信電極基板２３の、回転角中継電極基板２２と対向する面は、図２（ａ）と同一である。よって、その構成説明を省略する。第１の実施形態で示した回転角センサ１では、３６０度の範囲での回転軸２の回転角度を求める内容について説明したが、本実施形態では、回転軸２の周回数をも測定する。
【００５４】
図８（ａ）は、周回数中継電極基板２４の、送受信電極基板２３と対向する面（以下、Ａ面という）の構成を示す説明図、同図（ｂ）は、送受信電極基板２３の、周回数中継電極基板２４と対向する面（以下、Ｂ面という）の構成を示す説明図である。
【００５５】
同図（ｂ）に示すようにＢ面は、径方向を略２分割する中心線を挟んで、外周側には、狭幅で棒状の周回数検出用送信電極２７が形成され、内周側には、やはり狭幅で棒状の周回数検出用受信電極２８が形成されている。
【００５６】
また、同図（ａ）に示すように、Ａ面は、周方向に５分割され（即ち、７２度で等分割され）、各領域には、径方向を略２分割する中心線を中心とした円弧状の周回数中継電極３２-1〜３２-5が形成されている。そして、周回数中継電極３２-1から３２-5に向けて、徐々に電極幅が広くなるように構成されている。
【００５７】
図９は、第２の実施形態に係る回転角センサ２１の、周回数検出処理回路を示すブロック図である。同図に示すように、この周回数検出処理回路は、周回数検出用受信電極２８にて検出される静電容量を電圧信号に変換するＣ−Ｖ変換回路２９と、Ｃ−Ｖ変換回路２９にて得られた電圧信号と、予め設定された閾値電圧とを比較する比較器３０と、この比較器３０による比較結果に基づいて、回転軸２の周回数を求めるマイコン３１を備えている。
【００５８】
次に、上述のように構成された第２の実施形態に係る回転角センサ２１の作用について説明する。上述したように、回転角中継電極基板２２が５回転すると、周回数中継電極基板２４が１回転する。従って、回転角中継電極基板２２が１回転すると、周回数中継電極基板２４は、７２度回転することになる。つまり、図８（ａ）に示した１領域分の角度だけ回転することになる。
【００５９】
いま、周回数が１回転目の場合には、周回数検出用送信電極２７、及び受信電極２８は、周回数中継電極３２-1と対向する。
【００６０】
この際、周回数検出用送信電極２７より送信された検出用信号は、周回数中継電極３２-1を介して、周回数検出用受信電極２８にて受信されるので、この受信信号は、周回数検出用送信電極２７と周回数中継電極３２-1との間の静電容量、及び周回数検出用受信電極２８と周回数中継電極３２-1との間の静電容量に応じたレベルの信号となる。そして、この信号は、Ｃ−Ｖ変換回路２９により、電圧信号に変換され、比較器３０にて、予め設定した閾値電圧と比較される。
【００６１】
閾値電圧としては、図１０に示すように、周回数中継電極３２-1の領域〜電極３２-5の領域に向けて階段状に変化するように設定されている。
【００６２】
そして、検出される電圧信号が、閾値Ｔｈ０〜Ｔｈ１の範囲であれば、周回数は１回転目であると判定される。同様に、閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ２の範囲であれば、周回数は２回転目であると判定され、以下、Ｔｈ２〜Ｔｈ３で３回転目、Ｔｈ３〜Ｔｈ４の範囲で４回転目、Ｔｈ４以上の場合に、５回転目と判定される。こうして、回転軸２の周回数が検出されるのである。
【００６３】
このようにして、本実施形態に係る回転角センサ２では、前述した第１の実施形態に示した方式にて回転軸２の３６０度内での回転角度を求めることができると共に、周回数中継電極基板２４を備え、更に送受信電極基板２３に、周回数検出用送信電極２７、及び周回数検出用受信電極２８を搭載することにより、回転軸２の周回数をも測定することができるので、複数回転に亘る回転角度を高精度に測定することができる。
【００６４】
また、静電容量の変化を用いて、回転軸３の周回数を求めるので、消費電力を著しく低減することができる。また、補助電源を用いることなく、回転軸の複数回転に亘る回転角度を求めることができる。
【００６５】
従って、例えば回転軸２として、車両のステアリングシャフトの回転角を測定する場合には、複数回転するステアリングシャフトの回転角度を周回数と共に検出することができるので、極めて有用である。
【００６６】
なお、本発明に係る回転角センサによる検出対象となる回転軸は、前述したステアリングシャフトの外に、スロットルセンサ、テレビの回転台、或いはカムポジションセンサなどについて適用することができる。
【００６７】
以上、本発明の回転角センサを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
回転角度を高精度に検出することが必要な装置、機器に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る回転角センサの構成を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は送受信電極基板の、中継電極基板と対向する面の構成を示す説明図、（ｂ）は中継電極基板の、送受信電極基板と対向する面の構成を示す説明図である。
【図３】狭範囲検出用送信電極及び狭範囲検出用受信電極と、狭範囲中継電極との位置関係を示す説明図である。
【図４】第１の実施形態に係る回転角センサに搭載される制御回路の構成を示すブロック図である。
【図５】回転軸が回転したときの、各広範囲検出用受信電極で検出される信号の変化を示す特性図である。
【図６】第１の実施形態に係る回転角センサによる回転角の検出処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る回転角センサの構成を示す横断面図である。
【図８】第２の実施形態に係り、（ａ）は送受信電極基板の、周回数中継電極基板と対向する面の構成を示す説明図、（ｂ）は周回数中継電極基板の、送受信電極基板と対向する面の構成を示す説明図である。
【図９】周回数を検出する処理回路のブロック図である。
【図１０】周回数を検出する際の電圧信号の大きさと、閾値との関係を示す特性図である。
【図１１】従来における回転角検出装置の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  回転角センサ
２  回転軸（回転体）
３  中継電極基板（第１の円盤）
４  送受信電極基板（第２の円盤）
５  制御回路（制御手段）
１１  広範囲中継電極
１２  狭範囲中継電極
１３  広範囲検出用送信電極
１４  広範囲検出用受信電極
１５  狭範囲検出用送信電極
１６  狭範囲検出用受信電極
２１  回転角センサ
２２  回転角中継電極基板（第１の円盤）
２３  送受信電極基板（第２の円盤）
２４  周回数中継電極基板（第３の円盤）
２５  第１のギヤ
２６  第２のギヤ
２７  周回数検出用送信電極
２８  周回数検出用受信電極
２９  Ｃ−Ｖ変換回路
３０  比較器
３１  マイコン
３２  周回数中継電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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